Команда химиков и инженеров из Университета Карнеги Меллона разработала новую методологию, которая может быть использована для создания класса растяжимых полимерных композитов с улучшенными электрическими и термическими свойствами. Эти материалы являются перспективными кандидатами для использования в мягкой робототехнике, самовосстанавливающейся электронике и медицинских устройствах. Результаты исследования опубликованы в майском номере журнала Nature Nanotechnology.

В этой работе ученые объединили свой опыт в фундаментальной науке и технике, чтобы разработать метод, который базируется на равномерном распределении эвтектического галлий-индия (EGaIn) – металлического сплава, становящегося жидким при температуре окружающей среды – в эластомере. Это привело к созданию нового материала – очень эластичного, мягкого и многофункционального композита, который имеет высокий уровень термостабильности и электрической проводимости.

Кармел Маджиди, профессор машиностроения в Университете Карнеги Меллона и директор лаборатории мягких машин, провел обширное исследование по разработке новых мягких материалов, которые можно использовать в биомедицине и других сферах. В рамках этого исследования он разработал резиновые композиты, усеянные наноскопическими каплями жидкого металла. Материалы выглядели многообещающе, но техника механического смешивания, которую он использовал для объединения компонентов, приводила к появлению веществ с непоследовательными составами и, как следствие, непоследовательными свойствами.

Чтобы преодолеть эту проблему, Маджиди обратился к химику по полимерам Карнеги Меллона и профессору естественных наук Университета Дж. К. Уорнера Кшиштофу Матяшевскому, который в 1994 году разработал радикальную полимеризацию с переносом атомов (ATRP). ATRP – первый и самый надежный метод контролируемой полимеризации, который позволяет ученым соединять мономеры по частям, что приводит к получению высокоэффективных полимеров с особыми свойствами.

«Новые материалы считаются эффективными, только если они надежны. Вам нужно быть уверенным в том, что ваш материал каждый раз будет работать одинаково, прежде чем вы сможете превратить его в коммерческий продукт», – отметил Матяшевский. «ATRP зарекомендовал себя как мощный инструмент для создания новых материалов, которые имеют устойчивые, надежные структуры и уникальные свойства».

Маджиди, Матяшевский и профессор материаловедения и инженерии Майкл Р. Боксталлер использовали ATRP для прикрепления мономерных кистей к поверхности нанокапелек EGaIn. Щетки соединили оба вещества, образовав прочные связи с каплями. В результате жидкий металл равномерно распределился по всему эластомеру, позволив создать материал с высокой эластичностью и теплопроводностью.

Матяшевский также отметил, что после пересадки полимера температура кристаллизации EGaIn снизилась с 15 до -80 градусов Цельсия, расширяя жидкую фазу капли, а, следовательно, и ее свойства жидкости.

«Теперь мы можем суспендировать жидкий металл практически в любом полимере или сополимере, чтобы адаптировать свойства материала к различным условиям использования и улучшить его характеристики», – добавил Маджиди.

Исследователи предполагают, что этот процесс может быть использован для объединения различных полимеров с жидким металлом, а, контролируя концентрацию жидкого металла, они смогут управлять свойствами создаваемых материалов. Число возможных комбинаций огромно, но исследователи полагают, что с помощью искусственного интеллекта их подход может быть использован для создания эластомерных композитов на заказ, которые будут иметь индивидуальные качества. Результатом станет новый класс материалов, которые можно будет применять в самых разных областях, включая мягкую робототехнику и биосовместимые медицинские устройства.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Вам может понравиться

Washington Post: Пентагон обращает внимание на Чёрное море, но планы противостояния с Россией остаются туманными

Союзники США и НАТО в Черноморском регионе желают дополнительных войск и оружия, чтобы «укрепить линию фронта против российской агрессии». Но администрация Байдена не спешит усиливать американское военное присутствие. Об этом

Defence24: Третья база для авиации НАТО в Прибалтике готова к приёму истребителей

Авиабаза Лиелварде в Латвии прошла сертификацию готовности своего аэронавигационного оборудования и в ближайшее время здесь будут развернуты истребители НАТО для миссий «воздушной полиции Балтии». Об этом сообщает польский военный портал

Учёные из США разработали ультрафиолетовый светильник, который способен убить коронавирус

Американские специалисты разработали светильник, свет которого способен убивать коронавирус. Статья о новом светильнике была опубликована изданием Scientific Reports. В настоящее время ультрафиолетовый свет часто используется для стерилизации помещений или инструментов
Погода в России: